基于A值法的慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量研究＊

司瑞瑞，樊 旭，李佳蕓，張文煜

（蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州730000）

基于A值法的慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量研究＊

司瑞瑞，樊 旭，李佳蕓，張文煜

（蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州730000）

大氣環(huán)境容量是指特定區(qū)域所能容納污染物的最大負(fù)荷量。本文利用A值法，通過計(jì)算各控制區(qū)的大氣環(huán)境容量得出慶陽地區(qū)SO2的環(huán)境容量為9.46×104t/a，NO2的環(huán)境容量為7.57×104t/a，PM10的大氣環(huán)境容量為12.11× 104t/a，結(jié)合慶陽地區(qū)大氣污染物排放量現(xiàn)狀，分析表明慶陽地區(qū)SO2、NO2的環(huán)境容量剩余空間較大，而PM10的排放量已經(jīng)接近慶陽市的大氣環(huán)境容量。

大氣環(huán)境容量；慶陽地區(qū)；A值法

環(huán)境容量是對一定時間和區(qū)域內(nèi)，為滿足某一環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)所能容納污染物的最大負(fù)荷量[1]。大氣環(huán)境容量不僅與特定地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)直接相關(guān)，還受該地區(qū)的自然條件、氣象條件的影響，在計(jì)算時，由于大氣環(huán)境沒有確定的邊界，所以需要對大氣邊界進(jìn)行理想化假設(shè)，再借助數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行大氣容量的估算，通常以箱模型為基礎(chǔ)，用A值法對污染物總量進(jìn)行目標(biāo)控制。陳金毅，海婷婷［2］等通過A值法計(jì)算了某城市的大氣環(huán)境容量，并指出A值法不僅為API指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了支撐，還彌補(bǔ)了API指標(biāo)的不足；石緞花［3］用A值法對哈密市大南湖礦區(qū)西區(qū)環(huán)境容量，并提出了礦區(qū)總量控制要求；王東明［4］、劉正朋［5］等也分別用A值法對各自研究區(qū)域內(nèi)的大氣環(huán)境容量進(jìn)行計(jì)算。慶陽地區(qū)作為黃土高原典型區(qū)域，不僅具有黃土高原氣溫年較差日較差大，降水量小，蒸發(fā)量大，植被相對稀疏等特點(diǎn)，還具有豐富的煤炭、石油等礦產(chǎn)資源。但是慶陽地區(qū)礦產(chǎn)資源尚未充分利用，從大氣污染角度來看，慶陽污染物排放總量較小，工業(yè)污染源少，污染源以生活污染源為主。通過A值法對慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量進(jìn)行測算，不僅可以控制慶陽地區(qū)的污染物總量，還可以為慶陽地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 大氣環(huán)境容量的計(jì)算方法

1.1 A值法介紹

A值法是以地面大氣環(huán)境質(zhì)量為目標(biāo)值，以箱模型的基本假設(shè)為基礎(chǔ)，根據(jù)控制區(qū)總面積（S）、各功能分區(qū)的面積（Si）以及當(dāng)?shù)乜偭靠刂葡禂?shù)A值，計(jì)算得到該面積上的污染物允許排放總量。根據(jù)《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原則與方法》（GB/T13201—91）［6］，利用A值法計(jì)算大氣環(huán)境容量的具體公式如下：

式中：Qak為總量控制區(qū)某種污染物年允許排放總量限值，104t；QakJ為第i功能區(qū)某種污染物年允許排放總量限值，104t；n為功能區(qū)總數(shù)；i為總量控制區(qū)各功能區(qū)的編號；a為總量 （下標(biāo)）；k為某種污染物（下標(biāo)）；S為總量控制區(qū)面積，(km2)；Si為第i功能區(qū)面積，(km2)；Aki為第i功能區(qū)某種污染物排放總量控制系數(shù)，104t·a-1·(km)-1；Cki為規(guī)定的第i功能區(qū)某種大氣污染物的濃度限值，mg/m3；A為地理區(qū)域性總量控制系數(shù)。

按照《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原則和方法》(GB/T3840-91)［6］中我國各地區(qū)總量控制系數(shù)A值表中A值的取值范圍，慶陽地區(qū)屬于甘肅(渭河以北)，A值范圍為3.5-4.9×104km2/a。

1.2 慶陽地區(qū)A值的確定

按照《城市區(qū)域大氣環(huán)境容量總量控制技術(shù)指南》［7］推薦的A值確定原則，以達(dá)標(biāo)率90%為控制目標(biāo)，A值公式為：

根據(jù)慶陽地區(qū)總量控制系數(shù)的取值范圍，取慶陽地區(qū)的總量控制系數(shù)Amin=3.5×104km2/a，Amax=4.9× 104km2/a，代入（2），計(jì)算出慶陽地區(qū)的總量控制系數(shù)A值為3.64×104km2/a。

2 慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量的計(jì)算

慶陽地區(qū)地處黃土高原，屬于溫帶半濕潤半干旱的大陸性季風(fēng)氣候，并具有明顯的山地氣候特征。主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)或者東南偏南風(fēng)，年平均風(fēng)速為2.4m/s；降水量時空分布不均勻，主要集中在夏季，并由南向北呈遞減的趨勢。根據(jù)2007-2012年慶陽市氣象局統(tǒng)計(jì)結(jié)果，慶陽地區(qū)環(huán)境空氣優(yōu)良天數(shù)分布為269，272，279，286，330，353，平均空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)占全年天數(shù)的81%，并呈逐年轉(zhuǎn)好的趨勢。

2.1 慶陽地區(qū)大氣污染物排放量現(xiàn)狀

根據(jù)環(huán)境空氣功能區(qū)分類，將需要用A值進(jìn)行總量控制的慶陽地區(qū)劃入二類區(qū)，根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）［8］中二類區(qū) SO2、NO2、PM10的指標(biāo)限值，可確定二類區(qū)SO2的年均濃度標(biāo)準(zhǔn)為 0.06mg/m3，NO2的年均濃度標(biāo)準(zhǔn)為 0.04mg/ m3，PM10的年均濃度標(biāo)準(zhǔn)為0.07mg/m3。比較慶陽地區(qū)2006-2012的SO2、NO2、PM10的年均濃度值和二類區(qū)中SO2、NO2、PM10的指標(biāo)限值，結(jié)果如圖1所示，可以看出，2006-2012年現(xiàn)有的慶陽地區(qū)SO2、NO2的年均濃度值遠(yuǎn)低于二類區(qū)SO2、NO2的標(biāo)準(zhǔn)濃度，即SO2、NO2的排放量滿足二類區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量要求；2006-2012年的PM10的年均濃度有時會超過PM10的標(biāo)準(zhǔn)濃度，即PM10的排放量有時會超出二類區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量要求，造成環(huán)境污染。從整體上來看，慶陽地區(qū)的大氣污染以顆粒物污染為主。

圖1 2006～2012年慶陽市大氣污染物年均濃度變化趨勢與標(biāo)準(zhǔn)濃度值比較 單位：mg/m3

2.2 慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量的計(jì)算

用A值法對慶陽地區(qū)進(jìn)行大氣環(huán)境容量計(jì)算，首先要根據(jù)慶陽地區(qū)進(jìn)行功能分區(qū)，根據(jù)實(shí)際情況將慶陽地區(qū)主要劃分為西峰區(qū)、合水縣、華池縣、環(huán)縣、寧縣、慶城縣、鎮(zhèn)原縣、正寧縣八個行政區(qū)，行政區(qū)內(nèi)又包括城區(qū)控制區(qū)，和與城區(qū)緊密相連的十個工業(yè)集中區(qū)（園區(qū)）。根據(jù)控制區(qū)面積，利用公式（1），取慶陽地區(qū)A值為3.64×104km2/a，計(jì)算得出慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量如表1所示。可以看出慶陽地區(qū)SO2的大氣環(huán)境容量為9.46×104t/a，NO2的大氣環(huán)境容量為7.57×104t/a，PM10的大氣環(huán)境容量為12.11× 104t/a。通過對表1中各行政區(qū)大氣環(huán)境容量計(jì)算可知，慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量配置不均衡，其中慶城縣大氣環(huán)境容量最大，其SO2的環(huán)境容量為2.48×104t/a，NO2的環(huán)境容量為1.99×104t/a，PM10的環(huán)境容量為3.43×104t/a；合水縣大氣環(huán)境容量最小，其SO2的環(huán)境容量為0.4×104t/a，NO2的環(huán)境容量為0.32×104t/a，PM10的環(huán)境容量為0.56×104t/a；慶城縣的大氣環(huán)境容量可達(dá)合水縣大氣環(huán)境容量的6.2倍。大氣環(huán)境容量較大的行政區(qū)主要為西峰區(qū)和慶城縣，約占慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量的51.2%。

表1 慶陽地區(qū)各計(jì)算單元大氣環(huán)境容量

2.3 慶陽地區(qū)各行政區(qū)大氣環(huán)境容量可利用情況分析

2012年慶陽地區(qū)PM10的排放量為10.72×104t/a，PM10的大氣環(huán)境容量為12.11×104t/a，所以PM10的環(huán)境容量可利用空間很小，為保證大氣環(huán)境質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)對PM10的排放量的控制。慶陽地區(qū)SO2和 NO2的排放量較小，為促進(jìn)慶陽地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，可對慶陽地區(qū)各行政區(qū)的SO2和NO2環(huán)境容量的可利用情況進(jìn)行具體分析，結(jié)合氣象局2012年統(tǒng)計(jì)資料，慶陽地區(qū)SO2和NO2的排放量、環(huán)境容量的可利用情況分析見表2。

表2 各計(jì)算單元SO2和NO2的排放情況 單位104t/a

可以看出慶陽地區(qū)SO2排放以生活污染源為主，工業(yè)污染源所占比例較小，主要為采暖鍋爐和工業(yè)鍋爐排放；NO2的排放以機(jī)動車排放為主，約占總排放量的72.3%；慶陽地區(qū)SO2排放量為1.48× 104t/a，NO2排放量為1.48×104t/a，可利用SO2環(huán)境容量和可利用NO2環(huán)境容量較大。同時慶陽地區(qū)各控制區(qū)環(huán)境容量和可利用環(huán)境量差異較大，以SO2為例，慶城縣可利用SO2環(huán)境容量最大，西峰區(qū)次之，分別占慶陽地區(qū)可利用環(huán)境容量的28.7%、22.9%，合水縣SO2可利用環(huán)境容量最小，僅占整個地區(qū)可利用環(huán)境容量的4%。雖然大氣環(huán)境容量可利用潛力大，但其主要潛力集中在西峰區(qū)和慶城縣。

2.4 慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量與污染物排放量現(xiàn)狀的比較

根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果，慶陽地區(qū)SO2排放量為1.48×104t/a，NO2排放量為1.49×104t/a，PM10的排放量為10.72×104t/a，結(jié)合慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量，比較結(jié)果見表3。

表3 慶陽地區(qū)大氣環(huán)境容量和大氣污染物排放量現(xiàn)狀比較

SO2和NO2的環(huán)境容量都有較大的剩余空間，可在保證大氣環(huán)境質(zhì)量的前提下，通過優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，科學(xué)利用SO2和NO2的剩余容量，發(fā)展工業(yè)、煤電產(chǎn)業(yè)和其他新興產(chǎn)業(yè)。PM10的排放量已經(jīng)接近慶陽地區(qū)PM10的大氣環(huán)境容量，所以在大氣環(huán)境質(zhì)量控制過程中，必須加大對PM10的排放量的控制力度，特別是在工業(yè)密集區(qū)和冬季采暖期。

3 總結(jié)

通過利用A值法對慶陽地區(qū)的環(huán)境容量進(jìn)行計(jì)算，得出SO2的環(huán)境容量為9.46×104t/a，NO2的環(huán)境容量為7.57×104t/a，PM10的大氣環(huán)境容量為12.11× 104t/a，這為慶陽地區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量控制的提供了基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)；通過比較大氣環(huán)境容量與大氣污染物排放現(xiàn)狀，得出SO2和NO2的環(huán)境容量都有較大的剩余空間，PM10的排放量已經(jīng)接近慶陽市的環(huán)境承載力，為進(jìn)一步加大對PM10排放量的控制提供了依據(jù)；通過分析慶陽地區(qū)各控制區(qū)的大氣環(huán)境剩余容量，指出西峰區(qū)和慶城縣具有最大的可利用潛力。

［1］ 李云生.城市區(qū)域大氣環(huán)境容量總量控制技術(shù)指南[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2005：125.

［2］ 陳金毅，海婷婷，李念，李宛怡，李薇.大氣環(huán)境容量核算在城市大氣污染控制規(guī)劃中的應(yīng)用研究[C].2010中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集(第三卷)，北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2010.3248-3251.

［3］ 石緞花.煤炭礦區(qū)大氣環(huán)境容量與承載能力分析研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2013(8):67-68.

［4］ 王東明.基于A值法的北方D市大氣環(huán)境容量測算研究[J].科技視界，2014(3):249-249.

［5］ 劉正朋.新泰城區(qū)空氣質(zhì)量及大氣環(huán)境容量計(jì)算研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2014，39(1):56-59.

［6］ 國家環(huán)境保護(hù)總局.GB/T3840-91制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.

［7］ 李云生等.城市區(qū)域大氣環(huán)境容量總量控制技術(shù)指南[M]，北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2005.9，1-60.

［8］ 國家環(huán)境保護(hù)總局.GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

D912.6

甘肅省重點(diǎn)行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略環(huán)境評價大氣環(huán)境專題項(xiàng)目資助。